微污染物微生物活性的微流控芯片直接检测制药工程专业文献综述本科论文.doc

微污染物-微生物活性的微流控芯片直接检测 1. 研究的目的和意义 环境监控已越来越为人们所需要，这就要求有合适的实时检测设备。微流控芯片Microfluidic Chip）将化学、生物、医学等领域所涉及的样品的选择、制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一个几平方厘米甚至更小的微芯片上通过微通道结构来控制流体流动从而完成不同的化学或生物反应过程并对其产物进行分析它为生化分析新局面的开创提供了一个新的研究平台微加工技术、微流体驱动或者控制、检测技术Miniaturized Total Analysis Systems,μ-TAS）的概念是1990年Manz和Widmer等人首次提出来的，目前已经发展为世界上最先进的科学技术之一。微型全分析系统（Miniaturized Total Analysis Systems,μ-TAS）或称芯片实验室（Laboratory-on-a-Chip，简称LOC）是一个跨学科的新领域，其目标是通过分析化学、微机电加工（MEMS）、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学的交叉实现化学分析系统从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化。微流控芯片（Microfluidic Chip）、生物芯片（Biochip）和芯片实验室（Lab-On-Chip,LOC）都属于片μ-TAS的范畴[2-3]。以微流控技术（Microfluidics）为基础的微流控芯片是其核心技术。 微流控分析芯片最初只是作为纳米技术革命的一个补充，在经历了大肆宣传及冷落的不同时期后，最终却实现了商业化生产。微流控分析芯片最初在美国被称为芯片实验室（ab-On-Chip），在欧洲被称为微整合分析芯片（icrototal Analytical Systems），随着材料科学、微纳米加工技术和微电子学所取得的突破性进展，微流控芯片也得到了迅速发展，但还是远不及摩尔定律所预测的半导体发展速度。今天阻碍微流控技术发展的瓶颈仍然是早期限制其发展的制造加工和应用方面的问题。芯片与任何远程的东西交互存在一定问题，更不用说将具有全功能样品前处理、检测和微流控技术都集成在同一基质中。由于微流控技术的微小通道及其所需部件，在设计时所遇到的喷射问题，与大尺度的液相色谱相比，更加困难。上世纪80年代末至90年代末，尤其是在研究芯片衬底的材料科学和微通道的流体移动技术得到发展后，微流控技术也取得了较大的进步。为适应时代的需求，现今的研究集中在集成方面，特别是生物传感器的研究，开发制造具有超强运行能力的多功能芯片。min（不同的文献中根据实验要求采用的烘干温度也有所不同）； （3）然后将一张已经制作好的光掩膜覆盖于色谱纸上，在紫外灯照射下进行曝光处理，于95℃下再次烘干1-3 min，将曝光后未聚合的光刻胶用丙酮除去，从而在色谱纸上形成微流控通道； （4）最后将制作好的纸基微流控在室温条件下干燥lh即可进行实验。 光刻法虽然是应用最多的制作纸基微流控芯片的方法，但是它存在两个缺点： （l）坚硬的光刻胶憎水区容易受到弯曲、折叠而被破坏； （2）光刻技术需要昂贵的仪器设备，且光刻胶本身的价格也较贵，整个制作过程需要多个步骤才能完成。 4.2 喷墨印刷法[10] 喷墨印刷法制作纸基微流控包含两步，用疏水性的烯基烯酮二聚体-庚烷溶液代替墨汁装入重组的数字喷墨打印机中，将设计好的微通道图案打印到色谱纸上，烘干8 min使烯基烯酮二聚体凝固，凝固以后打印区域变的疏水性，而没有打印的区域仍然是亲水性的，这样就制作好了纸基微流控装置。喷墨印刷可以将生物分子试剂或指示试剂精确地传输到微流控反应区域形成生物化学传感区。通道区域和检测区域的制作只需要简单的印刷步骤即可完成，这样制作好的纸基微流控传感器可以用于特定的试验或者进行定量分析试验。通过喷墨印刷制作的纸基微流控装置可以承受严重的弯曲、折叠，而且制作所用的烯基烯酮二聚体相比SU-8光刻胶非常便宜，另外用喷墨印刷法制作纸基微流控时可以按照需求随意改变打印的图案。 4.3蜡印刷[11] 用蜡印刷方法制作纸基微流控分析装置是指用合适的加热装置使蜡在色谱纸上熔化形成憎水区，它的制作过程包含两个核心步骤： （l）将固体蜡印刷在色谱纸表面上； （2）加热使蜡融化进入色谱纸的纤维层内形成完整的憎水区，这样的研究工作己经被独立的进行并完成。 4.4在纸上打印PDMS[10] 使用一种改进的台式绘图仪，通过将憎水的PDMS聚合物溶解在己烷中形成的溶液打印在色谱纸上来形成一些简单的微通道，这种方法克服了使用光刻法制作成的纸基微流控装置的不灵活性。PDMS渗透入色谱纸内形成一堵水溶液无法通过的僧水墙，水溶液通过毛细管作用而进入亲水通道中。这种方法相对SU-8光刻胶的优点是PDMS是一种弹性纤维，它打印在色谱纸上时比光刻胶更具有柔韧性和弹性